鋼的成分與合金元素對鋼材的影響

鋼的分類及合金元素在鋼材中的作用一、鋼的分類二、鋼中的合金元素合金元素的作用制作者：秦雪峰鋼的定義1、什么是鋼？答：以鐵為主要元素，碳含量一般在2.11%以下并含有其他元素的金屬材料。2、什么是鑄鐵？答：含碳量在2%以上的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵一般含碳量為2%～4%。3、什么是硬質(zhì)合金？答：以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC)微米級粉末為主要成分，以鈷（Co）或鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結(jié)劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。一、鋼的分類1、按用途分為：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼、專業(yè)用鋼。

①結(jié)構(gòu)鋼分為建筑及工程用結(jié)構(gòu)鋼和機械制造用結(jié)構(gòu)鋼；建造用鋼多為低碳鋼；機械制造用結(jié)構(gòu)鋼主要有：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、易切結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼。

②工具鋼分為碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼。

碳素工具鋼的碳質(zhì)量分數(shù)較高，在0.65-1.35%之間，按其組織屬于亞共析、共析或過共析鋼。碳素工具鋼熱處理后表面可得到較高的硬度和耐磨性，心部有較好的韌性；退火硬度低（不大于HB207），加工性能良好。但其紅硬性差，當(dāng)工作溫度達250℃時，鋼的硬度和耐磨性急劇下降，硬度下降到HRC60以下、這類鋼的淬透性低。例如T7、T7A亞共析鋼；T8、T8A共析鋼；T9、T9A過共析鋼。

合金工具鋼：在碳素工具鋼中加入Si、Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等合金元素的鋼。合金工具鋼的淬硬性、淬透性、耐磨性和韌性均比碳素工具鋼高，按用途大致可分為刃具、模具和量具用鋼3類。其中碳含量高的鋼（碳質(zhì)量分數(shù)大于0.80%）多用于制造刃具、量具和冷作模具，這類鋼淬火后的硬度在HRC60以上，且具有足夠的耐磨性；碳含量中等的鋼（碳質(zhì)量分數(shù)0.35%~0.70%）多用于制造熱作模具，這類鋼淬火后的硬度稍低，為HRC50~55,但韌性良好。

高速工具鋼：鎢系高速鋼的典型牌號是W18Cr4V，鎢鉬系高速鋼M2（W6Mo5Cr4V2）、W9Mo3Cr4V、鉬系高速鋼M1（

W2Mo9Cr4V）、M7（W2Mo9Cr4V2）主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有紅硬性高、耐磨性好、強度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸承和高溫彈簧等。高速工具鋼經(jīng)熱處理后的使用硬度可達HRC63以上，在600℃左右的工作溫度下仍能保持高的硬度，而且其韌性、耐磨性和耐熱性均較好。退火狀態(tài)的高速工具鋼的主要合金元素有多、鉬、鉻、釩，還有一些高速工具鋼中加入了鈷、鋁等元素。這類鋼屬于高碳高合金萊氏體鋼，其主要的組織特征之一是含有大量的碳化物。2、按其化學(xué)成分分為：碳素鋼和合金鋼。碳素鋼：含碳量小于2%，除鐵、碳和限量以內(nèi)的硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)外，不含其他合金元素的鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量。含碳量增加，鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性和可焊性降低。工業(yè)純鐵Wc≤0.04%的鐵碳合金低碳鋼Wc≤0.25%的鋼中碳鋼Wc在0.25%~0.60%的鋼高碳鋼Wc＞0.60%的鋼合金鋼：在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金。按合金元素的含量分

1）低合金鋼：合金元素總含量小于等于5%；

2）中合金鋼：合金元素總含量在5%~10%之間；

3）高合金鋼：合金元素總含量大于等于10%；

不銹鋼合金元素對鋼的影響

1、碳是決定鋼的力學(xué)性能的主要元素，一般來說，含碳量越高，鋼的強度、硬度越高，抗拉強度增大，而塑性韌性降低，延伸率和斷面收縮率下降。在不銹鋼中碳一方面碳是穩(wěn)定奧氏體的元素，并且作用的程度很大（約為鎳的30倍），另一方面由于碳和鉻的親和力很大，與鉻形成—系列復(fù)雜的碳化物。

2、硅可以提高退火、正火和淬火溫度，在亞共析鋼中提高淬透性；改善耐磨性，提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈強比，并提高疲勞強度和疲勞比，也能提高耐磨性，但其含量過高時，會降低鋼的塑形韌性。另外還有提高高溫時鋼的抗氧化性能，但硅含量高時，表面脫碳加劇。在不銹鋼和耐蝕鋼中，與Mo、W、Cr、Al、Ti等配合，提高抗蝕和抗高溫氧化能力3、錳：錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，工業(yè)用鋼中一般均含有一定量。使鋼的調(diào)質(zhì)組織均勻、細化，避免了滲碳層中碳化物的聚集成塊，但增大了鋼的過熱敏感性和回火脆性傾向；錳是弱碳化物形成元素；可以提高鋼的強度；通過提高淬透性而提高了調(diào)質(zhì)處理索氏體鋼的力學(xué)性能；隨錳含量的增加，鋼的熱導(dǎo)率急劇下降，線脹系數(shù)上升，使快速加熱或冷卻時形成較大內(nèi)應(yīng)力，工件開裂傾向增大。在不銹鋼中增加奧氏體的穩(wěn)定性，抑制奧氏體的分解，使高溫下形成的奧氏體得以保持到常溫。4、磷、硫：硫在鋼中易形成非金屬介在物。適當(dāng)?shù)牧蚩梢愿纳其摰牡募庸ば阅?。如FDAC中含硫量0.10~0.15。5、鉻：減緩奧氏體的分解速度，顯著提高鋼的淬透性，但亦增加鋼的回火脆性傾向；提高鋼的強度和硬度，同時加入其他合金元素時，效果較顯著；提高鋼的耐磨性，經(jīng)研磨，易獲得較高的表面光潔度；在不銹鋼中鉻含量越多，則其耐點蝕和縫隙腐蝕的能力就越強。6、鉬：鉬提高鋼的淬透性，其作用較鉻強，而稍遜于錳；鉬提高鋼的回火穩(wěn)性；鉬對改善鋼的延展性和韌性以及耐磨性起到有利作用；在不銹鋼中鉬可提高鈍化膜的強度，增強耐點蝕和耐縫隙腐蝕等局部腐蝕的抵抗能力，特別是在鹵鹽或海水中有氯離子存在的情況下，鉬也可提高對氯化物應(yīng)力腐蝕裂紋的抵抗能力。利用固溶強化的方法鉬可提高奧氏體牌號的高溫強度和馬氏體牌號的抗回火能力。

7、釩：減低鋼的過熱敏感性，細化晶粒，提高工具鋼的耐磨性和硬度；釩量較高導(dǎo)致聚集的碳化物出現(xiàn)時，會降低強度；碳化物在晶內(nèi)析出會降低室溫韌性；含釩鋼在加工溫度較低時顯著增加變形抗力；釩改善鋼的焊接性能。不銹耐酸鋼中，釩可改善抗晶間腐蝕的性能，但作用不及Ti、Nb顯著。8、鎢：鎢的特殊碳化物阻止鋼晶粒的長大，降低鋼的過熱敏感性；鎢顯著提高鋼的回火穩(wěn)定性；可以提高鋼的耐磨性和紅硬性。9、鈷：增強二次硬化能力、紅硬性、熱硬性、